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标题: IO端口与IO内存详解（3） [打印本页]

作者: look_w 时间: 2017-9-23 14:34 标题: IO端口与IO内存详解（3）

3、ARM体系的I/O操作接口

s3c24x0处理器使用的是I/O内存，也就是说：s3c24x0处理器使用统一编址方式，I/O寄存器和内存使用的是单一地址空间，并且读写I/O寄存器和读写内存的指令是相同的。所以推荐使用I/O内存的相关指令和函数。但这并不表示I/O端口的指令在s3c24x0中不可用。如果你注意过s3c24x0关于I/O方面的内核源码，你就会发现：其实I/O端口的指令只是一个外壳，内部还是使用和I/O内存一样的代码。

下面是ARM体系原始的I/O操作函数。其实后面I/O端口和I/O内存操作函数，只是对这些函数进行再封装。从这里也可以看出为什么我们不推荐直接使用I/O端口和I/O内存地址指针，而是要求使用专门的I/O操作函数——专门的I/O操作函数会检查地址指针是否有效是否为IO地址（通过__iomem或__chk_io_ptr）

#include <asm-arm/io.h>

/*
* Generic IO read/write. These perform native-endian accesses. Note
* that some architectures will want to re-define __raw_{read,write}w.
*/
extern void __raw_writesb(void __iomem *addr, const void *data, int bytelen);
extern void __raw_writesw(void __iomem *addr, const void *data, int wordlen);
extern void __raw_writesl(void __iomem *addr, const void *data, int longlen);
extern void __raw_readsb(const void __iomem *addr, void *data, int bytelen);
extern void __raw_readsw(const void __iomem *addr, void *data, int wordlen);
extern void __raw_readsl(const void __iomem *addr, void *data, int longlen);
#define __raw_writeb(v,a) (__chk_io_ptr(a), *(volatile unsigned char __force *)(a) =(v))
#define __raw_writew(v,a) (__chk_io_ptr(a), *(volatile unsigned short __force *)(a) =(v))
#define __raw_writel(v,a) (__chk_io_ptr(a), *(volatile unsigned int __force *)(a) =(v))
#define __raw_readb(a)       (__chk_io_ptr(a), *(volatile unsigned char __force *)(a))
#define __raw_readw(a)       (__chk_io_ptr(a), *(volatile unsigned short __force *)(a))
#define __raw_readl(a)       (__chk_io_ptr(a), *(volatile unsigned int __force *)(a))

关于__force和__iomem

#include <linux/compiler.h>

/* __force表示所定义的变量类型是可以做强制类型转换的 */
#define __force __attribute__((force))
/* __iomem是用来修饰一个变量的，这个变量必须是非解引用（no dereference）的，即这个变量地址必须是有效的，而且变量所在的地址空间必须是2，即设备地址映射空间。0表示normal space，即普通地址空间，对内核代码来说，当然就是内核空间地址了。1表示用户地址空间，2表示是设备地址映射空间 */
#define __iomem __attribute__((noderef, address_space(2)))

I/O端口

#include <asm-arm/io.h>

#define outb(v,p)       __raw_writeb(v,__io(p))
#define outw(v,p)       __raw_writew((__force __u16) \
                  cpu_to_le16(v),__io(p))
#define outl(v,p)       __raw_writel((__force __u32) \
                  cpu_to_le32(v),__io(p))
#define inb(p) ({ __u8 __v = __raw_readb(__io(p)); __v; })
#define inw(p) ({ __u16 __v = le16_to_cpu((__force __le16) \
         __raw_readw(__io(p))); __v; })
#define inl(p) ({ __u32 __v = le32_to_cpu((__force __le32) \
         __raw_readl(__io(p))); __v; })
#define outsb(p,d,l)       __raw_writesb(__io(p),d,l)
#define outsw(p,d,l)       __raw_writesw(__io(p),d,l)
#define outsl(p,d,l)       __raw_writesl(__io(p),d,l)
#define insb(p,d,l)       __raw_readsb(__io(p),d,l)
#define insw(p,d,l)       __raw_readsw(__io(p),d,l)
#define insl(p,d,l)       __raw_readsl(__io(p),d,l)

I/O内存

#include <asm-arm/io.h>

#define ioread8(p) ({ unsigned int __v = __raw_readb(p); __v; })
#define ioread16(p) ({ unsigned int __v = le16_to_cpu((__force __le16)__raw_readw(p));__v; })
#define ioread32(p) ({ unsigned int __v = le32_to_cpu((__force __le32)__raw_readl(p));__v; })
#define iowrite8(v,p) __raw_writeb(v, p)
#define iowrite16(v,p) __raw_writew((__force __u16)cpu_to_le16(v), p)
#define iowrite32(v,p) __raw_writel((__force __u32)cpu_to_le32(v), p)
#define ioread8_rep(p,d,c) __raw_readsb(p,d,c)
#define ioread16_rep(p,d,c) __raw_readsw(p,d,c)
#define ioread32_rep(p,d,c) __raw_readsl(p,d,c)
#define iowrite8_rep(p,s,c) __raw_writesb(p,s,c)
#define iowrite16_rep(p,s,c) __raw_writesw(p,s,c)
#define iowrite32_rep(p,s,c) __raw_writesl(p,s,c)

注意：

1）、所有的读写指令（I/O操作函数）所赋的地址必须都是虚拟地址，你有两种选择：使用内核已经定义好的地址，如在include/asm-arm/arch-s3c2410/regs-xxx.h中定义了s3c2410处理器各外设寄存器地址（其他处理器芯片也可在类似路径找到内核定义好的外设寄存器的虚拟地址；另一种方法就是使用自己用ioremap映射的虚拟地址。绝对不能使用实际的物理地址，否则会因为内核无法处理地址而出现oops。

2）、在使用I/O指令时，可以不使用request_region和request_mem_region，而直接使用outb、ioread等指令。因为request的功能只是告诉内核端口被谁占用了，如再次request，内核会制止（资源busy）。但是不推荐这么做，这样的代码也不规范，可能会引起并发问题（很多时候我们都需要独占设备）。

3）、在使用I/O指令时，所赋的地址数据有时必须通过强制类型转换为 unsigned long，不然会有警告。

4）、在include\asm-arm\arch-s3c2410\hardware.h中定义了很多io口的操作函数，有需要可以在驱动中直接使用，很方便。

Linux系统对IO端口和IO内存的管理http://blog.csdn.net/ce123/article/details/7204458

一、I/O端口
端口（port）是接口电路中能被CPU直接访问的寄存器的地址。几乎每一种外设都是通过读写设备上的寄存器来进行的。CPU通过这些地址即端口向接口电路中的寄存器发送命令，读取状态和传送数据。外设寄存器也称为“I/O端口”，通常包括：控制寄存器、状态寄存器和数据寄存器三大类，而且一个外设的寄存器通常被连续地编址。
二、IO内存例如，在PC上可以插上一块图形卡，有2MB的存储空间，甚至可能还带有ROM,其中装有可执行代码。

三、IO端口和IO内存的区分及联系这两者如何区分就涉及到硬件知识，X86体系中，具有两个地址空间：IO空间和内存空间，而RISC指令系统的CPU（如ARM、PowerPC等）通常只实现一个物理地址空间，即内存空间。
内存空间：内存地址寻址范围，32位操作系统内存空间为2的32次幂，即4G。
IO空间：X86特有的一个空间，与内存空间彼此独立的地址空间，32位X86有64K的IO空间。
IO端口：当寄存器或内存位于IO空间时，称为IO端口。一般寄存器也俗称I/O端口,或者说I/O ports,这个I/O端口可以被映射在Memory Space,也可以被映射在I/O Space。
IO内存：当寄存器或内存位于内存空间时，称为IO内存。

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